JP2514593B2 - Optimal temperature controller for cogeneration system - Google Patents
Optimal temperature controller for cogeneration systemInfo
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Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はコ・ジェネレーションシ
ステムの最適温度制御装置に関する。The present invention relates to a optimum temperature control device for co-generation systems.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のコ・ジェネレーションシステムを
図４の構成図について説明する。同図において、１は電
力を発生する発電機、２は発電機１を駆動するエンジン
である。配管１６から供給される熱源水はエンジン２で
発生する熱量により加熱される。この熱源水はエンジン
２から発生した排ガスを利用する排ガスボイラ３へと配
管１３により送られて加熱される。加熱された熱源水
は、ポンプ１１を介して熱源水を利用する温水利用設備
４に流れ、熱量を放出し、熱源水は冷却されて配管１５
を通って放熱器６に流れる。温水利用設備４の利用熱量
を調整するのは３方弁５である。また、温水利用設備４
で吸収しきれなかった熱量を外部に放出するため、放熱
器６とその放出熱量を調整する３方弁７が設けてある。
放熱器６にて冷却された熱源水は配管１６を通り、エン
ジン２に流れている。３方弁７の弁開度はコントローラ
８で制御されている。このシステムにおいて、エンジン
２の入口温度を温度センサ９が感知し、測定値をフィー
ドバック値としてコントローラ８に入力し、コントロー
ラ８の中のエンジン入口温度の設定値との偏差をＰＩＤ
演算して必要な弁開度を求め、エンジン２の入口温度が
設定値と一致するように３方弁７を制御している。2. Description of the Related Art A conventional cogeneration system will be described with reference to the block diagram of FIG. In the figure, 1 is a generator that generates electric power, and 2 is an engine that drives the generator 1. The heat source water supplied from the pipe 16 is heated by the amount of heat generated in the engine 2. This heat source water is sent by the pipe 13 to the exhaust gas boiler 3 that uses the exhaust gas generated from the engine 2 and is heated. The heated heat source water flows through the pump 11 to the hot water utilization facility 4 that uses the heat source water, releases heat, and the heat source water is cooled and the pipe 15
Flows through to the radiator 6. It is the three-way valve 5 that adjusts the amount of heat used by the hot water utilization facility 4. Also, hot water utilization equipment 4
A radiator 6 and a three-way valve 7 for adjusting the amount of heat released are provided in order to release the amount of heat that could not be completely absorbed by the outside.
The heat source water cooled by the radiator 6 passes through the pipe 16 and flows into the engine 2. The valve opening of the three-way valve 7 is controlled by the controller 8. In this system, the temperature sensor 9 senses the inlet temperature of the engine 2 and inputs the measured value as a feedback value to the controller 8 to determine the deviation from the engine inlet temperature set value in the controller 8 as PID.
The required valve opening is calculated and the three-way valve 7 is controlled so that the inlet temperature of the engine 2 matches the set value.
【０００３】このシステムは、一般的に系統連系されて
運転されており、エンジンの負荷がほぼ１００％である
ので出力変動がなく、エンジン発生熱量を一定と考える
ことができる。そして、冷却水入口温度を一定とするこ
とで、エンジンは安定に運転し、また、熱源水温度もほ
ぼ一定に保たれるため、効率的な熱利用が可能である。This system is generally operated by system interconnection, and since the engine load is almost 100%, there is no output fluctuation and it can be considered that the amount of heat generated by the engine is constant. By keeping the cooling water inlet temperature constant, the engine operates stably and the heat source water temperature is also kept substantially constant, so that efficient heat utilization is possible.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したコ
・ジェネレーションシステムにおいて、温水利用設備４
が動作していないとき、エンジン２が始動すると配管１
３に流れる熱源水の温度が急激に上昇する。このとき放
熱器６に接続されている３方弁７の弁開度の応答が遅く
て、必要な放熱量が温度上昇に追いつかず、エンジン出
口温度が上昇する。By the way, in the above-mentioned co-generation system, the hot water utilization equipment 4 is used.
When the engine 2 starts when the
The temperature of the heat source water flowing in 3 rapidly rises. At this time, the response of the valve opening degree of the three-way valve 7 connected to the radiator 6 is slow, the required amount of heat release cannot keep up with the temperature rise, and the engine outlet temperature rises.
【０００５】３方弁７の弁開度の応答が遅いのはコント
ローラ８のフィードバック制御系のゲインが、温度セン
サ９の応答により制限されるためである。その構造上、
一般に温度センサ９は１８０秒程度の応答時定数を持
ち、フィードバック系ではコントローラ８の応答時定数
は、３倍の５４０秒程度以上に上げることはできない。
このシステムでは熱源水をエンジンの冷却水としている
ため、熱源水のエンジン入口温度が上昇すると、エンジ
ン内で部分的にベーパー現象を発生する危険があり、エ
ンジンの故障の原因となる。The response of the valve opening of the three-way valve 7 is slow because the gain of the feedback control system of the controller 8 is limited by the response of the temperature sensor 9. Due to its structure,
Generally, the temperature sensor 9 has a response time constant of about 180 seconds, and in the feedback system, the response time constant of the controller 8 cannot be tripled up to about 540 seconds or more.
Since the heat source water is used as engine cooling water in this system, if the engine inlet temperature of the heat source water rises, there is a danger of causing a vapor phenomenon partially in the engine, which causes engine failure.
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的はエンジン冷却水温度が所定の値より上昇
した場合はエンジントリップが起こるので、エンジンの
起動時に放熱器の３方弁を最適に制御して、エンジンの
入口温度を一定にしてエンジントリップを防止し、シス
テムの性能向上を図ることの可能なコ・ジェネレーショ
ンシステムの最適温度制御装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to optimize the three-way valve of the radiator when the engine is started because an engine trip occurs when the engine cooling water temperature rises above a predetermined value. It is an object of the present invention to provide an optimum temperature control device for a cogeneration system capable of improving the system performance by controlling the temperature of the engine to keep the inlet temperature of the engine constant and preventing the engine trip.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は発電機を駆動するエンジンから発生した熱
でシステムを流れる熱源水を加熱し、その加熱された熱
源水を利用する温水利用設備と、前記温水利用設備の利
用熱量を調整する第１の３方弁と、前記温水利用設備で
使用しきれなかった熱量を外部に放出する放熱器と、前
記放熱器の放出熱量を調整する第２の３方弁と、熱源水
のエンジン入口温度を検出する温度センサと、前記温度
センサにより検出されたエンジン入口温度とエンジン入
口温度の設定値との偏差値からその偏差値に応じた前記
第２の３方弁の弁開度を求め、エンジン入口温度が設定
値となるよう前記第２の３方弁を調整するコントローラ
とからなるコ・ジェネレーションシステムの最適温度制
御装置において、前記エンジン出口温度を検出する温度
センサと、前記エンジン入口温度の設定値を設定する設
定器と、この設定器の設定値と前記温度センサで検出し
たエンジン出口温度の検出値との偏差に流量を乗じて放
出熱量を演算する熱量演算器と、この熱量演 算器で演算
された放出熱量に応じた弁開度を出力する折れ線関数と
を設け、この折れ線関数の弁開度値を前記コントローラ
の出力制御信号にフィードフォワード信号として加算し
て前記第２の３方弁の開度を調節することを特徴とす
る。In order to achieve the above object, the present invention heats heat source water flowing through a system with heat generated from an engine for driving a generator, and uses the heated heat source water. Utilization facilities and benefits of the hot water utilization facilities
A first three-way valve that adjusts the amount of heat used, a radiator that releases the amount of heat that could not be used in the hot water utilization facility to the outside, and a second three-way valve that adjusts the amount of heat released by the radiator, a temperature sensor for detecting an engine inlet temperature of the heat source water, the engine inlet temperature and an engine inlet, which is detected by the temperature sensor
According to the deviation value from the deviation value from the set value of mouth temperature
Determine the valve opening of the second 3-way valve and set the engine inlet temperature
Controller for adjusting the second three-way valve so that the value becomes a value
Optimal temperature control of cogeneration system consisting of
The temperature at which the engine outlet temperature is detected by the control device
A sensor and a device for setting the set value of the engine inlet temperature.
Detector, the set value of this setter and the temperature sensor
The deviation from the detected value of the engine outlet temperature is multiplied by the flow rate and then released.
A heat calculator for calculating the amount of heat output, calculated in this heat arithmetic unit
And the line function that outputs the valve opening according to the released heat quantity
The valve opening value of this line function is
Is added as a feedforward signal to the output control signal of
It is characterized by adjusting the second three-way valve opening Te
It
【０００８】[0008]
【作用】上記制御装置のように放熱器の出口温度の測定
値をフィードバックさせる制御系に、エンジン出口の設
定値とセンサの検出温度との偏差量から求められる弁開
度信号をフィードフォワードさせる制御を組み込むこと
によって、放熱器の弁制御の応答速度が速くなり、エン
ジンの熱源水入口温度を一定に保つことができ、また、
エンジン発生熱量を一定とすると、エンジンの出口温度
も一定に保つことができ、エンジントリップを防止でき
る。A control system for feeding back a valve opening signal obtained from a deviation amount between a set value at the engine outlet and a temperature detected by a sensor to a control system for feeding back the measured value of the outlet temperature of the radiator like the above control device. By incorporating, the response speed of the valve control of the radiator becomes faster, the heat source water inlet temperature of the engine can be kept constant, and
When the amount of heat generated by the engine is kept constant, the outlet temperature of the engine can also be kept constant and engine trip can be prevented.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例のシステム制御ブロック図
であり、図４と同一番号のものは同一の構成要素を示
す。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system control block diagram of an embodiment of the present invention, in which the same numbers as in FIG. 4 indicate the same components.
【００１０】同図において、エンジン入口温度を温度セ
ンサ９で検出し、コントローラ８のエンジン入口温度の
設定値との偏差をＰＩＤ演算して必要な弁開度を求め、
エンジン２の入口温度が設定値と一致するように３方弁
７を制御している。１７はエンジン２の入口温度の基準
値の設定器である。また、１８はエンジン出口温度を計
測する温度センサである。２０は熱量演算器であり、設
定器１７の値と温度センサ１８の検出値との偏差に流量
を乗じて放出熱量を演算する。In the figure, the engine inlet temperature is detected by the temperature sensor 9, and the deviation from the engine inlet temperature set value of the controller 8 is calculated by PID to obtain the required valve opening degree.
The three-way valve 7 is controlled so that the inlet temperature of the engine 2 matches the set value. Reference numeral 17 is a setter for the reference value of the inlet temperature of the engine 2. Further, 18 is a temperature sensor for measuring the engine outlet temperature. Reference numeral 20 denotes a calorie calculator, which calculates the amount of heat released by multiplying the deviation between the value of the setter 17 and the detected value of the temperature sensor 18 by the flow rate.
【００１１】図２の折れ線関数１９は、放熱器６の放出
熱量と３方弁７の弁開度特性を表す関数である。この折
れ線関数１９を用いて、放熱器６の３方弁７の弁開度を
決定し、この弁開度信号をフィードフォワード信号とし
て、コントローラ８の出力信号に加算し、フィードバッ
ク信号とフィードフォワード信号の和から最適な３方弁
７の弁開度を決定する。The polygonal line function 19 in FIG. 2 is a function representing the amount of heat released from the radiator 6 and the valve opening characteristic of the three-way valve 7. Using this polygonal line function 19, the valve opening of the three-way valve 7 of the radiator 6 is determined, and this valve opening signal is added to the output signal of the controller 8 as a feedforward signal to obtain a feedback signal and a feedforward signal. The optimum valve opening of the three-way valve 7 is determined from the sum of the above.
【００１２】次に、本実施例の作用について説明する。
本実施例によるシステムは、温水利用設備４が稼働して
いない状態からエンジンを起動させると、温水利用設備
４で熱源水の熱量を吸収しないので、このときに発生す
る余剰熱量は放熱器６で外部に放出されることになる。Next, the operation of this embodiment will be described.
In the system according to the present embodiment, when the engine is started from the state where the hot water utilization equipment 4 is not operating, the hot water utilization equipment 4 does not absorb the heat quantity of the heat source water. It will be released to the outside.
【００１３】まず、この放熱器６の放出熱量を決定し、
３方弁７に必要な弁開度を与える。このために、エンジ
ン２の入口温度をフィードバック信号として、コントロ
ーラ８の内部で設定値との偏差をＰＩＤ演算し弁開度を
求める。このフィードバック制御にフィードフォワード
制御を組み込み、放熱器６の最適な弁開度信号を出力す
る。このフィードフォワード値としては、エンジン２の
出口に設置している温度センサ１８の検出値と予め設定
器で設定していたエンジン入口温度との偏差から熱量を
計算し、その熱量から放熱系の放出熱量−弁開度特性を
示す折れ線関数１９を用いて、弁開度を計算した値を用
いる。このことによって、放熱器６の弁開度はエンジン
２の入口温度の上昇に追従するようになり余剰熱量を素
早く放出することができるようになる。従って、エンジ
ン２の入口温度を一定に保つことができ、また、エンジ
ンの出口温度も一定に保つことができる。First, the amount of heat released from the radiator 6 is determined,
The required valve opening is given to the three-way valve 7. For this purpose, the inlet temperature of the engine 2 is used as a feedback signal and the deviation from the set value is PID-calculated inside the controller 8 to obtain the valve opening. Feed-forward control is incorporated into this feedback control to output the optimum valve opening signal of the radiator 6. As this feedforward value, the amount of heat is calculated from the deviation between the detected value of the temperature sensor 18 installed at the outlet of the engine 2 and the engine inlet temperature set in advance by the setting device, and the amount of heat is released from the heat dissipation system. A value obtained by calculating the valve opening degree is used by using the polygonal line function 19 indicating the heat quantity-valve opening degree characteristic. As a result, the valve opening of the radiator 6 follows the rise in the inlet temperature of the engine 2, and the surplus heat amount can be quickly released. Therefore, the inlet temperature of the engine 2 can be kept constant, and the outlet temperature of the engine can also be kept constant.
【００１４】本実施例による制御では、通常はフィード
フォワード制御により３方弁７の弁開度が最適に決定さ
れエンジン入口温度は一定に維持される。フィードフォ
ワードの折れ線関数の誤差や、エンジン発電量の変化に
よる外乱によりエンジン入口温度が変化したときにのみ
フィードバック制御により補正がかかる。フィードフォ
ワード制御は制御系の遅れはなくセンサの検出遅れのみ
であり速い応答の制御が可能である。In the control according to this embodiment, normally, the valve opening of the three-way valve 7 is optimally determined by the feedforward control, and the engine inlet temperature is kept constant. Feedback control is applied only when the inlet temperature of the engine changes due to an error in the line function of the feedforward or a disturbance due to a change in the amount of power generated by the engine. The feedforward control has no delay in the control system, only the detection delay of the sensor, and can control fast response.
【００１５】上述したように、本実施例では放熱器６の
３方弁７をフィードフォワード制御を組み込んだ制御と
することによってエンジン入口温度が一定に制御され、
エンジン発生熱量一定と考えるとエンジン出口温度も一
定に保つことができ、システムの信頼性と温水利用設備
の効率が向上する。As described above, in this embodiment, the three-way valve 7 of the radiator 6 is controlled by incorporating the feedforward control, so that the engine inlet temperature is controlled to be constant,
Considering that the amount of heat generated by the engine is constant, the engine outlet temperature can also be maintained at a constant level, improving system reliability and the efficiency of hot water utilization equipment.
【００１６】図３は本発明の他の実施例のシステム制御
ブロック図である。本実施例が上記実施例と相違する点
は設定器１７の代りにエンジン２の入口温度を検出する
温度センサ９で検出された検出値を用いた点のみであ
り、その他の点は同一であるので同一構成要素には同一
番号を付してその説明は省略する。FIG. 3 is a system control block diagram of another embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the above embodiment only in that a detection value detected by a temperature sensor 9 for detecting the inlet temperature of the engine 2 is used instead of the setter 17, and other points are the same. Therefore, the same components are given the same numbers and their explanations are omitted.
【００１７】図１の実施例では、設定器１７によるエン
ジン入口温度の設定値と温度センサ１８の検出値との偏
差から熱量演算器２０で熱量を求め、その熱量から折れ
線関数１９を用いて、適切な弁開度信号を得、その弁開
度信号をフィードフォワード信号として与えていた。In the embodiment of FIG. 1, the calorie calculator 20 calculates the calorific value from the deviation between the set value of the engine inlet temperature set by the setter 17 and the detected value of the temperature sensor 18, and the line function 19 is used from the calorific value. An appropriate valve opening signal was obtained and the valve opening signal was given as a feedforward signal.
【００１８】一方、本実施例では上記設定値の代りに温
度センサ９の検出値と温度センサ１８の検出値との偏差
から放出する熱量を熱量演算器２０で演算し、その熱量
から折れ線関数１９を用いて、適切な弁開度を決定す
る。そして、その値をフィードフォワード信号として、
フィードバック制御に組み込んでも応答の速い制御が可
能である。そして、エンジン出口温度やエンジン入口温
度を一定に制御することができ、エンジントリップを防
止できる。On the other hand, in the present embodiment, instead of the above set value, the calorie calculator 20 calculates the calorific value released from the deviation between the detected value of the temperature sensor 9 and the detected value of the temperature sensor 18, and the line function 19 is calculated from the calorific value. Is used to determine the appropriate valve opening. Then, that value is used as the feedforward signal,
Even if incorporated into feedback control, quick response control is possible. Then, the engine outlet temperature and the engine inlet temperature can be controlled to be constant, and the engine trip can be prevented.
【００１９】以上の実施例においては排ガスボイラを備
えるタイプのものについて説明したが、排ガスボイラが
なくエンジンからの熱源水を直接温水利用設備に入れる
構成でも本発明の効果は同様に発揮される。In the above embodiments, the type having the exhaust gas boiler has been described, but the effect of the present invention can be similarly exerted even in the structure in which the heat source water from the engine is directly supplied to the hot water utilization facility without the exhaust gas boiler.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
エンジン入口温度の変化をフィードフォワード信号とし
てフィードバック制御に組み込むことによって、放熱器
の３方弁の応答速度を速め、エンジン入口温度を一定に
保ち、エンジントリップを防止する。As described above, according to the present invention,
By incorporating the change in the engine inlet temperature into the feedback control as a feedforward signal, the response speed of the three-way valve of the radiator is increased, the engine inlet temperature is kept constant, and the engine trip is prevented.
【図１】本発明のコ・ジェネレーションシステムの制御
装置の一実施例の構成図。FIG. 1 Control of the co-generation system of the present invention
The block diagram of one Example of an apparatus .
【図２】図１に適用される折れ線関数１９の特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram of a polygonal line function 19 applied to FIG.
【図３】本発明の他の実施例の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention.
【図４】従来のコ・ジェネレーションシステム制御方式
の構成図。FIG. 4 is a block diagram of a conventional co-generation system control method.
１…発電機、２…エンジン、３…排ガスボイラ、４…温
水利用設備、５…３方弁、６…放熱器、７…３方弁、８
…コントローラ、９，１８…温度センサ、１１…ポン
プ、１２…エンジンからの発生熱量、１３，１４，１
５，１６，１７…エンジン出口温度の設定器、１９…熱
量から弁開度を求める折れ線関数、２０…熱量演算器。1 ... Generator, 2 ... Engine, 3 ... Exhaust gas boiler, 4 ... Hot water utilization equipment, 5 ... 3-way valve, 6 ... Radiator, 7 ... 3-way valve, 8
... Controller, 9, 18 ... Temperature sensor, 11 ... Pump, 12 ... Heat generated from engine, 13, 14, 1
5, 16 and 17 ... Engine outlet temperature setting device, 19 ... Line function for obtaining valve opening from heat amount, 20 ... Heat amount calculator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 秀和 大阪府大阪市西区千代崎３丁目２番95号 大阪瓦斯株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hidekazu Hayashi, 3-2 95 Chiyosaki, Nishi-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Osaka Gas Co., Ltd.
Claims (2)
熱でシステムを流れる熱源水を加熱し、その加熱された
熱源水を利用する温水利用設備と、前記温水利用設備の
利用熱量を調整する第１の３方弁と、前記温水利用設備
で使用しきれなかった熱量を外部に放出する放熱器と、
前記放熱器の放出熱量を調整する第２の３方弁と、熱源
水のエンジン入口温度を検出する温度センサと、前記温
度センサにより検出されたエンジン入口温度とエンジン
入口温度の設定値との偏差値からその偏差値に応じた前
記第２の３方弁の弁開度を求め、エンジン入口温度が設
定値となるよう前記第２の３方弁を調整するコントロー
ラとからなるコ・ジェネレーションシステムの最適温度
制御装置において、前記エンジン出口温度を検出する温
度センサと、前記エンジン入口温度の設定値を設定する
設定器と、この設定器の設定値と前記温度センサで検出
したエンジン出口温度の検出値との偏差に流量を乗じて
放出熱量を演算する熱量演算器と、この熱量演算器で演
算された放出熱量に応じた弁開度を出力する折れ線関数
とを設け、この折れ線関数の弁開度値を前記コントロー
ラの出力制御信号にフィードフォワード信号として加算
して前記第２の３方弁の開度を調節することを特徴とす
るコ・ジェネレーションシステムの最適温度制御装置。1. A heating heat source water flowing through the system by means of the heat generated from the engine to drive the generator, and hot water utilization facility which utilizes the heated heat source water, the hot water utilization facility
A first three-way valve that adjusts the amount of heat used, and a radiator that releases the amount of heat that could not be used in the hot water utilization facility to the outside,
A second three-way valve for adjusting the amount of heat released from the radiator, a temperature sensor for detecting the engine inlet temperature of the heat source water, an engine inlet temperature detected by the temperature sensor, and an engine
From the deviation value from the set value of the inlet temperature, according to the deviation value
Note: Find the valve opening of the second 3-way valve and set the engine inlet temperature.
A controller that adjusts the second three-way valve to a constant value.
Optimal temperature of the cogeneration system consisting of
In the control device , the temperature at which the engine outlet temperature is detected
Temperature sensor and set value of the engine inlet temperature
Detected by the setter, the set value of this setter and the temperature sensor
Multiply the deviation from the detected engine outlet temperature by the flow rate
A calorie calculator that calculates the amount of heat released and this calorie calculator
Line function that outputs the valve opening according to the calculated heat release amount
And the valve opening value of this line function is
Add to the output control signal as a feedforward signal
And adjusting the opening degree of the second three-way valve .
Optimum temperature control device that co-generation system.
ステムの最適温度制御装置において、前記熱量演算器で
演算する熱量を温度センサで検出したエンジン出口温度
と温度センサで検出したエンジン入口温度との偏差から
演算することを特徴とするコ・ジェネレーションシステ
ムの最適温度制御装置。 2. The co-generation system according to claim 1.
In the optimum temperature control device for the stem,
Engine outlet temperature detected by the temperature sensor
And the deviation from the engine inlet temperature detected by the temperature sensor
Co-generation system characterized by calculation
Optimum temperature control device
Priority Applications (1)
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| JP5284909A JP2514593B2 (en) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | Optimal temperature controller for cogeneration system |
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1993
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07139427A (en) | 1995-05-30 |
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